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TAKAさんの毎日が発見・ブログ
アマチュア無線の機器製作を中心にした日常の活動記録です (by Taka JA2GRC、このブログはFC2_BLOGを使わせていただいてます。)
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PMT proj その31
 こちらで、PMTにシンチレータをくっつけて、信号の確認が出来ましたので、引き続き、信号処理系の試験をしてみました。



こちらに、PMT proj 関連記事の目次が有りますので、他の記事もご覧ください。


 まずは、一段落したところで、全体の消費電流を測ってみました。 電流測定用のいつもの0.01Ωを繋いで測定してみましたが、電流が少なすぎて測定できません。 10Ωの抵抗を繋いで、やっと測定できました。 ほとんどはDC-DC部の消費電流だと思いますが、6.61mA程度の消費電流です。 5Vですので、約33mWと言ったところですかね。 まずまずの消費電力でしょうか。 液晶表示器はいずれ外しますので、その分はもう少し消費電流が下がると思います。

120610_pmt_proj_173.jpg

 さて、PMTのアノード電流を抵抗で受けただけでは、何かとその後の処理に不便ですので、低インピーダンスの正電圧の信号にしておきたいところです。 それで、CMOS入力のOPアンプを使ってヘッドアンプを構成してみました。 手軽に入手できるOPアンプとして、秋月で入手できるCMOS-OPアンプを手に入れてみました。 PMTが高速に対応できるので、なるべくゲインバンド積(Gain-Bandwidth Product)が大きく、入力電流の小さな物で、出力スイング幅の大きな物が欲しいのですが、全てを備えた物は手軽には入手できないようです。 どれかの特性が良ければ、他の特性がもう一つという感じですね。

 結局、CMOS-OPアンプが2個入った物をいくつか手に入れてみました。 2個入っている内の一つをI-V変換回路として使い、もう一つをボルテージフォロアとしてバッファに使ってみました。

 最近のOPアンプは単一電源対応の物が多いですが、今回は入力がマイナス入力なので、±電源を供給してやります。 プラス電源は+5Vをそのまま使い、マイナス電源はPICの余っている端子とPWMを使って適当な矩形波を発生させ、それをコッククロフトの4段回路で約-7V程度を発生させて、それを使います。 プラス電源とマイナス電源がアンバランスですが、元々、単一電源で動作する様なOPアンプですから、この程度の電源アンバランスは問題ないと思います。 手に入れたOPアンプの電源電圧も、5.5Vまでの物や15V、あるいは16Vまでの物と色々です。 昔の様に±15V(合わせて30V)なんて言うのは無いんですね。

120610_pmt_proj_174.jpg

 更に、シンチレータからの実信号では試験中は不便ですので、前に使ったLEDパルス光源のレベルを、今回検出できたシンチレータからの信号レベル程度に合わせ込んで、試験中は、このLEDパルス光でテストすることにしました。 大体はレベルは合っていたのですが、LEDにもう少し電流を流した状態で動作させるために、少し変更してみました。 前の状態のままですと、LEDの電流制限抵抗は1kΩぐらいがちょうど良いのですが、これを100Ωにしてみます。 PIC16F1823の出力電流ギリギリですが、動作はしているようです。 LEDの光量が増えたので、PMTとの間に入れている減光用フィルタ替わりのレスキューシートを3枚から4枚に変更します。 これで、減光率が1/10000~1/100000ぐらいになっているはずです。

120610_pmt_proj_175.jpg

 これで、LEDからの信号は以下の様に、シンチレータからの信号とほぼ同じぐらいになりました。 シンチレータからの信号は、小さな物から大きな物まで有りますが、大体、中ぐらいのレベルの物に合わせています。 なお、このときのLED駆動パルスは1.5μSにしています。

 これで、LEDのパルス光を使って色々な試験がやりやすくなります。

120610_pmt_proj_176.jpg

 さて、これで、I-V変換回路のフィードバック抵抗に並列に位相補正用のコンデンサを付けてみます。 コンデンサ無しだと、少しオーバーシュートが残っています。 1pFでまずまずですね。 3pF以上では少し鈍りすぎですね。 手持ちのコンデンサがこれだけでしたが、1pFか、もしかしたら2pF辺りが良さそうですね。

120610_pmt_proj_177.jpg

 一方、負荷抵抗(フィードバック抵抗)を変更してみました。 元々、加えているLED光のパルス幅は1.5μSなんですが、やっぱり、1MΩですと、かなり鈍っています。 100kΩにすると少し急峻な様に見えるのですが、信号電圧はかなり落ちます。 補正のコンデンサを付けると更に信号レベルが下がってしまいます。

120610_pmt_proj_178.jpg

 まあ、信号の用途によると思うのですが、高速な用途でしたら、もう少し負荷抵抗を下げて見るのが良いでしょうが、相対的にS/N比が悪くなっている様な感じがします。 まあ、一応、基本特性として抑えておきました。 OPアンプのもう少し高速の物も試しておきたいですね。
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